암반 필라를 포함한 비대칭 근접 병설터널의 안정성 평가에 관한 연구

김도식,김영근,Kim, Do-Sik,Kim, Young-Geun 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.4

Recently, because of the restriction of land for construction and interference of adjacent structure, parallel tunnels with small clearance have been planned and constructed in many sites. In this case, the stability of pillar at center part is very important factor to satisfy the stability of tunnel structure under the construction. In this paper, numerical analyses for the asymmetry parallel tunnels with a narrow width of pillar have been carried out to search for the optimum reinforcement measure for rock pillar and verify the stability of tunnel. Rock pillar between each single tunnel is supposed to be under heavy load by rock mass. The analysis of stress state at rock pillar at various cases for construction conditions is required to investigate the structural behaviour of tunnels and stability of the pillar. Strength-stress ratio is calculated based on the failure theory of rock and the safety factor of tunnel is computed with strength reduction technique. Through these numerical results, reasonable reinforcement measures for rock pillar at parallel tunnel were established and recommended. 최근 용지매입의 제한, 주변 구조물과의 간섭 등으로 두 터널의 이격거리가 매우 작은 근접 병설터널의 시공이 증가하고 있다. 이러한 경우 터널의 안정성뿐만 아니라 중앙 필라부의 안정성 확보를 위한 보강공법의 선정은 매우 중요한 문제라 할 수 있다. 본 연구에서는 상 하행선의 터널단면이 다른 비대칭 형태이면서, 두 터널간의 이격거리가 매우 근접한 병설터널에 대한 안정성 평가 및 필라부 보강방안에 대하여 상세한 해석적 검토를 수행하였다. 또한 근접 병설터널의 안정성을 확보할 수 있도록 암반 필라의 안정성 검토와 보강공법 등 근접 병설터널의 사례연구를 토대로 보강공법의 적정성과 합리적인 대안을 제시하였다. 특히, 굴착순서, 이격거리, 굴착방법에 따른 터널 거동 파악을 위하여 암반 필라의 응력상태 및 터널변위를 분석하여 암반파괴이론에 근거한 안정성 평가를 수행하였다. 또한 암반 필라부 보강공법의 적정성 검토 및 향후 근접병설 터널에서의 암반 필라 안정성 확보를 위한 개선방안을 제안하였다

삼병렬 터널의 안정성 검토를 위한 모형실험 연구

김종우(Jong-Woo Kim),배우석(Woo-Seok Bae) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.4

삼병렬 터널은3개의 터널이 서로 나란히 배열되는 형태의 터널이다.본 연구에서는 터널간 이격거리, 터널단면 형상,지보조건,지반조건 등이 서로 다른 7가지 삼병렬 터널 모형들에 대한 축소모형실험을 통하여 모형별 균열개시압력과 터널 주변지반의 변형거동을 조사하였다. 터널간 이격거리가 작은 모형일수록 낮은 압력 수준에서 필러의 파괴가 일어나고 터널의 내공변형량도 증가하여 터널의 안정성은 감소하였다. 터널단면의 형상이 아치형,편평아치형,사각형인 모형들 중에서 사각형 단면을 가진 터널의 안정성이 가장 작았으며, 천반곡률 반경이 작은 아치형 터널이 편평아치형 터널보다 안정성이 우수하였다. 터널의 천장부에 모형 록볼트를 설치한 모형은 무지보 터널 모형에 비하여 균열개시압력이 클 뿐만 아니라 천단침하량도 적게 나타나 지보의 효과를 확인할 수 있었다. 이방성 암반내 터널 모형은 등방성 모형과 매우 다른 변형거동을 나타내었으며, FLAC을 사용한 수치해석 결과는 모형실험의 결과와 정성적으로 부합하였다. In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of three parallel tunnels. Seven types of test models which had respectively different pillar widths, tunnel sectional shapes, support conditions and ground conditions were experimented, where crack initiating pressures and deformation behaviors around tunnels were investigated. In order to evaluate the effect of pillar widths on stability, various models were experimented. As results, the models with shallower pillar widths proved to be unstable because of lower crack initiating pressures and more tunnel convergences than the models with thicker pillar widths. In order to find the effect of tunnel sectional shape on stability, the models with arched, semi-arched and rectangular tunnels were experimented. Among them rectangular tunnel model was the most unstable, where the arched tunnel model with small radius of roof curvature was more stable than semi-arched one. The model with rockbolt showed higher crack initiating pressure and less roof lowering than the unsupported model. The deformation behaviors of tunnels in the anisotropic ground model were quite different from those in the isotropic ground model. Futhermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the experimental results.

복층터널 분기 기하구조에 따른 안정성 검토에 관한 연구

박우정,장남주,김기환,최창림,Park, Woo-Jeong,Jang, Namju,Kim, Kihwan,Choi, Chang-rim 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

The tunnel can be planned to connect to underground roadway and surface road. The large tunnel and branch section are made when the ramp tunnel access to the main tunnel. In the branch section, stress concentration can be assigned and it can be very important for the stability of the tunnel. This study assessed the behavior of rock pillar in double deck tunnel diverging area by using a two dimensional numerical analysis. This study evaluated different safety factors according to pillar width and the ramp tunnel position in branch. By the assessment of the strength-stress ratio, tunnel pillar width is suggested in order to secure the safety factor 1.5. 도심지 터널에서 지하도로는 지상도로와의 연결을 위한 램프터널을 계획하게 되고 본선터널과 램프터널이 접속되는 구간에서 대단면 터널과 분기구간이 생성된다. 본선터널과 램프터널이 접속하는 근접구간에서 응력집중으로 터널의 안정성에 심각한 문제를 초래할 수 있다. 따라서 필라부의 안정성을 확보하는 것은 터널의 안정성을 좌우하는 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 본 연구에서는 복층터널을 대상으로 본선터널, 분기부대단면 터널 단면을 계획하고, 분기부 암반 필라의 거동을 2차원 수치해석 방법으로 검토하였다. 양호한 지반조건인 암반 III등급에서 램프터널이 본선터널에 접속하는 방법을 달리하여 필라폭에 따른 지반 안정성을 평가하였으며, 안전율 1.5 이상을 확보할 수 있는 터널 필라폭을 제안하였다.

터널공학에서 한계변형률 개념의 공학적 의미에 관한 연구

박시현,신용석,배규진,Park, Si-Hyun,Shin, Yong-Suk,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.2

본 논문은 터널을 굴착중인 시공현장에서, 변위계측치를 이용하여 터널의 안정성을 신속하고 정량적으로 평가하기 위한 기법 개발에 관한 것이다. 국내외 터널시공현장에는 시공관리 기준치를 제시하고 있다. 그러나 이러한 관리기준치들은 그 근거가 불명확하며 시공현장마다 일관적인 기준이 설정되어 있지 않다. 본 연구에서는 시공관리기준의 합리성을 확보하기 위하여 한계변형률 개념을 새롭게 도입하였다. 그리고 한계변형률 개념에 대한 공학적 의미에 대한 상세 검토를 수행하였다. 이를 위해서 먼저, 기존 연구자들에 의해 적용된 한계변형률 개념의 터널안정성 평가방법에 대한 공학적 타당성을 이론해석적인 방법으로 검토하였다. 이어서 상용프로그램을 이용하여 터널굴착시 발생한 굴착면의 변위정보를 획득하고, 이를 기존의 평가방법과 동일한 방법으로, 한계변형률 개념에 의한 터널안정성 평가를 수행하였다. 또한, 상용프로그램에 의해 획득한 굴착면 변위를 입력치로 하여 터널주변지반의 변형률을 수치역해석 기법으로 산정한 후, 이를 이용하여 한계변형률 개념에 의한 터널안정성 평가를 추가로 수행하였다. 결과적으로 한계변형률 개념을 활용함으로써 굴착중인 터널에 대하여 터널안정성을 신속하고 정량적으로 평가하는 것이 가능한 것으로 확인되었다. This paper intends to develop an assesment technique for the rapid and quantitative evaluation of tunnel safety during tunnel excavation by using displacement measurements. Control criteria for the field measurements are provided at tunnel construction sites in Korea and other countries. However, it was known that the criteria were not clear and varied depending on the construction sites. In order to make a reasonable support for guidelines, critical strain concept is introduced in this study. And the engineering meanings of the critical strain concept are investigated precisely. In order to do this, at first, the engineering meanings of the original concept from the previous researchers was investigated theoretically for the evaluation of tunnel safely. Subsequently displacement data were obtained by using the commercial program, then the evaluation of tunnel safely was conducted with the view point of previous researches. Additionally, strains are determined from the feedback analyses program by inputting measured displacements that were obtained from the commercial program, then the evaluation of tunnel safety was discussed with the critical strain concept. Consequently it can be concluded that the evaluation of tunnel safety can be determined quantitatively and rapidly in the field by introducing the critical strain concept.

쌍굴터널 간 이격거리가 터널 안정성에 미치는 영향에 관한 모형실험 연구

김종우(Jong-Woo Kim) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.5

본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험을 통해 얻어진 터널의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축압력 자료를 이용하여 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 모형재료의 일축압축강도에 대한 균열개시압력의 백분율을 균열개시압력비율이라고 정의할 경우, 강도가 큰 지반에 시공되는 쌍굴터널은 강도가 작은 지반에 비하여 균열개시압력 값은 크지만, 균열개시압력비율은 작게 나타났다. 이에 비해 필러 폭이 큰 쌍굴터널은 필러 폭이 작은 경우에 비하여 균열개시압력 값이 클 뿐 아니라 균열개시압력비율도 크게 나타나, 필러 폭은 쌍굴터널 안정성에 영향을 미치는 주된 요소로 판단된다. 지반의 등방성과 이방성 여부도 터널 안정성에 영향을 미쳤는데, 이방성 모형은 등방성 모형에 비해 균열개시압력과 균열개시압력비율이 작을 뿐 아니라 필러부에 존재한 기존 불연속면을 따라 균열이 발생하였다. Scaled model tests were performed to investigate the influence of pillar width, rock strength and isotropy/anisotropy on the stability of twin tunnels. Test models had respectively different pillar widths, uniaxial compressive strengths of modelling materials and model types, where both the deformation behaviors around tunnels and the biaxial pressure data at a time of pillar cracking were analysed. The cracking pressures of the higher strength models were higher than the lower strength models, whereas the percentage of cracking pressure to uniaxial compressive strength of modelling materials showed an opposite tendency. The cracking pressures of the shallower pillar width models were lower than the thicker models, moreover the percentage of that showed a same tendency. It has been found that the pillar width was one of the main factors influencing on the stability of twin tunnels. Model types such as isotropy/anisotropy also influenced on the stability of twin tunnels. The anisotropic models showed lower values of both cracking pressures and the percentage of that than the isotropic models, where the pillar cracks of anisotropic models were generated with regard to the pre-existing joint planes.

광산지역 도로 터널링에 있어 폐갱도가 터널 안정성에 미치는 영향 평가

신중호,신희순,선우춘,박찬,Synn, Joong-Ho,Shin, Hee-Soon,Sunwoo, Choon,Park, Chan 한국터널지하공간학회 2002 터널기술 Vol.4 No.2

광산지역을 통과하는 터널 건설 공사에서, 기존 광산 갱도는 터널의 굴착 시공 뿐만 아니라 장기적 유지관리에 걸쳐 터널 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 기존 광산지역을 통과하는 도로 터널의 시공사례에 대한 현장 조사 및 FLAC을 이용한 수치해석을 통하여, 터널에 대한 기존 갱도의 존재 패턴 및 암반조건에 따른 터널의 안정성을 분석하였다. 그리고 기존 갱도를 포함하는 인접 영역에 대한 그라우팅 보강 방안을 제시하고 터널 안정성을 확보할 수 있는 보강 효과를 수치해석적으로 검증하였다. 이상에서, 광산지역내 도로 터널 건설에 있어서 인접한 기존 갱도 존재와 관련한 터널 안정성 평가는 기존 갱도 규모, 터널과의 거리, 암반상태, 지하수 조건 등에 따라 그 영향 정도가 다르게 나타나므로 이러한 요소들을 복합적으로 고려하여 이루어져야 할 것이다. In the construction of the road tunnel in mine area, old mine gangways can cause the instability of the tunnel. In this case study, the field investigation is carried out to figure out the location of old gangways adjacent to the tunnel, and their influence on the tunnel stability is estimated according to the location pattern and rock condition by FLAC analysis. The grouting reinforcement of tunnel crown region and old gangway is suggested and its role on assurance of the tunnel stability is also verified. It can be said from this study that the effect of the old gangway on the stability of tunnel varies with the dimension of gangway, distance from the tunnel, rock condition and groundwater, and therefore these paramerter should be compositively considered in the assessment of the tunnel stability.

광산지역 도로 터널링에 있어 폐갱도가 터널 안정성에 미치는 영향 평가

신중호,신희순,선우춘,박찬 사단법인 한국터널지하공간학회 2002 한국터널지하공간학회논문집 Vol.4 No.2

In the construction of the road tunnel in mine area, old mine gangways can cause the instability of the tunnel. In this case study, the field investigation is carried out to figure out the location of old gangways adjacent to the tunnel, and their influence on the tunnel stability is estimated according to the location pattern and rock condition by FLAC analysis. The grouting reinforcement of tunnel crown region and old gangway is suggested and its role on assurance of the tunnel stability is also verified. It can be said from this study that the effect of the old gangway on the stability of tunnel varies with the dimension of gangway, distance from the tunnel, rock condition and groundwater, and therefore these paramerter should be compositively considered in the assessment of the tunnel stability. 광산지역을 통과하는 터널 건설 공사에서, 기존 광산 갱도는 터널의 굴착․시공 뿐만 아니라 장기적 유지 관리에 걸쳐 터널 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 기존 광산지역을 통과하는 도로 터널의 시공 사례에 대한 현장 조사 및 FLAC을 이용한 수치해석을 통하여, 터널에 대한 기존 갱도의 존재 패턴 및 암반조건에 따른 터널의 안정성을 분석하였다. 그리고 기존 갱도를 포함하는 인접 영역에 대한 그라우팅 보강 방안을 제시하고 터널 안정성을 확보할 수 있는 보강 효과를 수치해석적으로 검증하였다. 이상에서, 광산지역내 도로 터널 건설에 있어서 인접한 기존 갱도 존재와 관련한 터널 안정성 평가는 기존 갱도 규모, 터널과의 거리, 암반상태, 지하수 조건 등에 따라 그 영향 정도가 다르게 나타나므로 이러한 요소들을 복합적으로 고려하여 이루어져야 할 것이다.

근접병설터널의 안정성 평가를 위한 모형실험 연구

김평기(Pyoung Gi Kim),김종우(Jong Woo Kim) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.2

본 연구에서는 30° 경사진 층리면을 가진 풍화암 물성의 이방성 암반에서 필러 폭이 0.5D와 0.25D로 매우 작은 근접병설터널을 시공할 경우에 대한 터널 안정성을 조사하였다. 이를 위해 터널간 이격거리와 지보조건이 서로 다른 6가지 모형을 제작하고 측압계수 1의 하중조건으로 축소모형실험을 실시하였다. 모형별 균열개시압력, 최대압력, 필러 및 터널의 변형거동을 조사하였으며, 복공지보와 필러보강 여부가 터널의 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 필러 폭이 큰 모형일수록 균열개시압력이 더 크게 나타나 터널 안정성은 증가하였으며, 복공지보를 설치한 모형은 무지보 모형에 비해 균열개시압력와 최대압력이 더 크고 내공단면의 변형량은 적어 풍화암 근접병설터널에서 복공지보의 필요성을 확인하였다. 복공지보와 더불어 필러보강을 실시한 모형은 다른 모형에 비해 터널 안정성이 더 크게 나타났으며, 특히 필러 폭 0.25D인 근접병설터널은 복공지보뿐 아니라 필러보강도 실시해야 터널 안정성이 확보됨을 알 수 있었다. In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of twin tunnels with small clearance, where the pillar widths were 0.5D and 0.25D, respectively. The tunnels were supposed to be constructed in anisotropic weathered rocks with 30° inclined bedding planes, and the model tests were conducted under the condition of lateral pressure ratio, 1. Six types of test models which had respectively different pillar widths and support conditions were experimented, where crack initiating pressures, maximum pressures, failure modes of pillar and deformation behaviors around tunnels were investigated. The models with wider pillar were cracked under higher pressure than the models with shallower pillar. The models with lining support were cracked under higher pressure and showed less tunnel convergence than the unsupported models. The models with both lining and pillar reinforcement were proved to be most stable among the tested models. In particular, as the model of 0.25D pillar width with only lining support showed shear failure of pillar according to the existing bedding planes, so both lining and pillar reinforcement were thought to be indispensable in that case of tunnel.

복층터널의 분기터널 굴착에 따른 지하 공동구의 안정성 분석

남경민,최민기,김정주,유한규,Nam, Kyoung-Min,Choi, Min-ki,Kim, Jung-Joo,Jafri, Turab H.,Yoo, Han-Kyu 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

서울시는 도심지 교통체증을 해결하기 위해 최근 경부고속도로의 일부 구간을 복층터널로 계획하는 방안을 검토하고 있다. 도심지에 복층터널을 건설할 경우, 교통난 해소뿐만 아니라 말레이시아 스마트 터널과 같이 홍수 시 침수방지를 위한 저류시설로도 활용할 수 있을 것으로 본다. 그러나 도로터널을 복층터널로 계획할 경우에는 각 지역을 연결하는 분기터널이 필요하며, 분기터널은 토피가 낮은 구간에 편평율이 큰 대단면 또는 복잡한 터널 단면형상으로 이루어지게 된다. 이때 토피가 낮은 지역에서는 지하 공동구나 건물 기초 등에 인접하여 위치하게 되며 터널 건설로 인해 지장물에 미치는 영향에 대해 반드시 검토해야 한다. 본 연구에서는 복층터널에서 분기되는 터널 굴착 시, 지하 공동구에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하였다. 변위조절모델(Displacement Controlled Model)을 이용하여 터널 주변의 지반손실률을 1.0%, 3.0%, 그리고 5.0%까지 모사하였다. 복층터널에서 분기되는 각도를 $45^{\circ}$와 $36^{\circ}$로 다르게 설정하여 공동구 측면 및 하부로의 접근을 고려할 수 있도록 하였다. 그 결과, 일반적으로 분기터널이 공동구에 근접할수록 그리고 지반손실률이 클수록 변위, 각변위 그리고 안정성에 미치는 영향이 큰 것으로 타나났다. 공동구 바닥부의 침하와 공동구 부재의 안정성에는 이격거리 보다는 공동구의 하부에 근접하여 큰 변위와 부등침하를 유발할 수 있는 각도 $36^{\circ}$, 이격거리 10 m가 가장 취약한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 근접시공 시 구조물의 안정성 평가를 위한 각변위-거리/직경 관계를 제시하였으며, 지하 공동구 안정성에 영향을 미치는 한계 임계 지반손실률을 산정하였다. Government plans to construct a double-deck tunnel under a portion of Gyeongbu Expressway that will solve traffic problems and could also be used as a flood storage facility. Divergence tunnels connect the main tunnel to the urban areas and their construction effects on adjacent structures at shallow depth need to be analyzed. This study primarily includes the numerical analysis of construction effects of divergence tunnels on utility tunnels. The utility tunnel was analyzed for three cases of volume loss applied to the divergence tunnel and two cases of the angle between main tunnel and divergence tunnel ($36^{\circ}$ and $45^{\circ}$). The results show that the more the volume loss was applied and the shorter the distance was between utility tunnel and divergence tunnel, the more the utility tunnel was affected in terms of induced displacements, angular displacement and stability. The worst scenario was found out to be the one where the angle between main tunnel and divergence tunnel was $36^{\circ}$ and the distance between divergence tunnel and utility tunnel was 10 m, resulting in the largest displacement and differential settlement at the bottom of the utility tunnel. A relationship between the angular displacement and the distance to diameter ratio was also established.

슬관절 후외측 인대 재건술에서의 비골두 터널 방법과 경골 터널 방법의 비교

정영복(Young Bok Jung),이용석(Yong Seuk Lee),정호중(Ho Joong Jung),진호선(Ho Sun Jin),태석기(Suk Kee Tae) 대한정형외과학회 2006 대한정형외과학회지 Vol.41 No.5

목적: 슬관절 후외측 만성 불안정성에 대한 치료로 비골 두 터널과 경골 터널 방법의 결과를 비교 분석하여 그 장단점을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 1999년에서 2003년까지 본원에서 후방십자인대 긴장술 및 전외측 다발 재건술을 시행하고, 2도의 후외측 불안정성이 동반된 경우에 후외측 재건술을 시행받은 환자 중 1년 이상 추시가 가능하였던 비골 두 터널 방법 20예와 경골 터널 19예를 대상으로 비교 분석을 시행하였다. 결과: 비골 두 터널의 수술 시간이 36.5±7.5분으로 경골 터널 방법이 68.4±12.8분인데 비하여 통계학적으로 유의하게 더 짧았다(p<0.0001). 회전 안정성에 있어서도 비골 두 터널은 85%에서 반대쪽 다리에 비하여 같은 정도의 긴장 이상을 보여서 63%인 경골 터널에 비하여 더 안정적이었다(p=0.0018). IKDC (타각적 점수)에서 비골 두 터널이 85%에서 B 이상의 결과를 나타내어 79% 인 경골 터널에 비하여 더 우수하였다(p<0.0001). 그러나, 전후방 안정성 및 IKDC (주관적 점수), OAK score는 두 군 간에 유의한 차이가 없었다. 결론: 후 외측 회전 불안정성이 있으며 내반 불안정성이 경하거나 거의 없는, 즉 2도 이하의 만성 손상의 경우 특히 후방십자인대와 동반 손상 시 후외측부 재건술 방법으로 비골 두 터널 방법이 경골 터널에 비하여 효과적이었다. Purpose: This study compared the surgical results of various posterolateral corner sling methods performed through either the fibula head tunnel or tibia tunnel in patients with chronic PLRI (Posterolateral Rotatory Instability). Materials and Methods: Between January 1999 and October 2003, 20 and 19 patients who had undergone surgery for PCL (posterior cruciate ligament) tensioning and an ALB (anterolateral bundle) reconstruction through the fibula head tunnel or tibia tunnel, respectively and were followed up more than 1 year were enrolled in this study. Results: The fibular head tunnel was found to be superior compared with the tibia tunnel method in terms of the operation time (36.5±7.5 versus 68.4±12.8) (p<0.0001), rotational stability (p=0.0018) and IKDC objective score (p<0.0001). In the fibula head tunnel group, 85% of patients had an equal to normal or tighter than normal rotational stability in the tibial tunnel group with 63% having an equal to normal or tighter than normal side at the last evaluation. In the IKDC objective score, 85% of patients in the fibula head tunnel group had a rating B or higher at the last evaluation compared with 79% in the tibial tunnel group (p<0.0001). However there were no significant differences in anteroposterior stability and OAK score. Conclusion: The modified posterolateral corner sling through the fibula head tunnel produces better results in terms of a posterolateral rotational stability of grade Ⅱ chronic PLRL in a combined PCL injury than that using the tibia tunnel method.